文 献 综 述

1.本课题设计（研究）的目的

在我国3~66KV 配电网中，广泛采用小电流接地系统，而小电流接地系统的单相接地故障的发生频率较高，所以如何快速准确地检测出故障线路一直是电力系统继电保护的重要研究课题。我国大多数配电网均采用中性点不直接接地系统（NUGS），即小电流接地系统，它包括中性点不接地系统（NUS），中性点经消弧线圈接地系统（NES），中性点经电阻接地系统（NRS）。近年来，随着自动跟踪消弧电抗器的广泛使用，为解决系统于故障瞬间出现的谐振问题，开始采用消弧线圈与非线性电阻串并联以及与避雷器并联运行的方式。

小电流接地系统大多直接面向用户，根据电力运行部门的统计 ，其中发生单相接地故障的几率最高，几乎占总故障的80%左右，这时供电仍然能保证线电压的对称性，而且故障电流比较小，不会影响对负荷的连续供电，故不必立即跳闸，规程规定可以连续运行1至2小时。尤其是在瞬时故障下，短路点可以自行灭弧，恢复绝缘，不需要运行人员采取什么措施，这对于减少用户短时停电次数具有积极意义。

但是，随着配电网的迅速发展，电网中电缆线路的比例上升，缆线混合线路越来越多，系统线路增多，系统单相接地故障电流增大，在长时间的运行条件下就很容易使故障扩展成两点或者多点接地短路，弧光接地还会引起全系统过电压，进而损害设备，破坏系统安全运行，所以运行人员必须及时查明故障线路，以便采取相应的对策解除故障，恢复系统正常运行。由于该种故障造成的故障电流很小，不以检测，因此，小电流接地系统中发生单相接地故障时如何正确进行故障线路的选择，一直是继电保护领域里的一个研究方向。目前系统中采用的小电流接地系统的选线方法主要有：高次谐波法，有功分量法，能量法（只适合于中性点经消弧线圈系统选线方法），零序功率法，首半波法，小波变换法，参数识别法等（三种中性点接地方式均适用）。

2.本课题设计（研究）的相关原理

发展至今，小电流接地系统单相故障选线的方法已经多种多样，以下介绍几种常见方法的原理。第一种为基波群体比幅比相法，其原理是先进行零序电流比较，选出几个幅值较大的作为候选，然后在此基础上进行相位比较，如果某条线路方向与其他线路不同，则其为故障线路，如果所有零序电流同相位，则为母线故障。该方法是中性点不接地系统的常用选线方法，但是当线路较短或者经大电阻接地时，零序电流幅值很小，此时零序电流的相位误差就会比较大，会导致选线错误。第二种为五次谐波法，对于中性点经消弧线圈接地系统，由于消弧线圈不能对谐波进行完全补偿，因此可以通过对零序电流谐波分量比幅比相进行选线，由于系统中的五次谐波含量最大，因此多数装置采用五次谐波法选线。第三种为首半波发，首半波原理基于接地故障发生在相电压接近最大值瞬间这一假设，发生接地后的第一个半周期故障线零序暂态电流与正常线路零序暂态电流极性相反。第四种是小波法，小波法利用近年来新兴的小波变换理论，提取故障暂态信号的特征量进行故障选线。小波变换具有时频聚焦特性，对于非平稳信号具有比傅里叶变换更好的分析效果。以上只是一些典型的代表方法的简单原理叙述，本设计主要采用参数识别原理对小电流接地系统单相接地故障选选线和故障定位进行研究，针对一个简单的具有多条出线的中性点不接地系统发生单相故障时，对每条线路建立非故障下的零序参数数学模型，利用零序电流、电压数据求解零序电容和零序电感在最小二乘意义下的参数估计值，依据得到的线路对地电容判断实际发生的故障是否符合，从而判断出故障线路，确定故障点的位置。

3.本课题设计（研究）现状和发展趋势

对于故障选线的研究，在前苏联，小接地电流系统得到了广泛应用，并对其保护原理和装置给予了很大重视，研制了几代装置，在供电和煤炭行业得到了应用，保护原理从过电流、无功方向发展到了群体比幅。装置由电磁式继电器，晶体管发展到了模拟集成电路和数字电路，而微机构成的装置较少。法国使用中性点经电阻接地系统几十年后，现在正以中性点经消弧线圈接地系统取代中性点经电阻接地系统，同时开发了高新技术产品：零序导纳接地保护。德国多使用中性点经消弧线圈接地系统，并于20世纪30年代就提出了反映故障开始暂态过程的单相接地保护原理，研制了便携式接地报警装置。日本在供电、钢铁、化工用电中普遍采用中性点不接地或经电阻接地系统，选线原理简单，采用基波无功方向法。近年来，在如何获取零序电流信号以及接地点分区段方面投入不少力量，采用光纤研制的架空线和电缆零序互感器试验成功。20世纪九十年代初，国外已将人工神经网络原理应用于单相接地保护，并有文献提到应用专家系统方法，随着小波分析的出现和发展，国内外均有文献提及，利用小波分析良好的时频局部性，分析故障暂态电流的高频分量的方法。

在我国，从1958年起就一直对小电流接地系统单相接地故障的选线问题进行研究，提出了多种选线方法，并开发了相应的装置。大体可以根据是否利用故障电流把它们分成两类，第一类：如比幅法、比相法、群体比幅比相法、首半波法、谐波电流方向法、五次谐波分量法、有功分量法、能量法、还有近年出现的应用小波分析、模糊推理或模式识别来实现故障选线的多种方法；第二类：如拉线法、注入信号跟踪法。20世纪50年代我国有根据首半波极性研制成功的接地保护装置和利用零序电流五次谐波研制成功的接地选线定位装置。70年代后期，上海继电器厂和许昌继电器厂等单位研制生产了一批有选择性的接地信号装置，如反映中性点不接地系统零序功率方向保护ZD-4型保护，反映经消弧线圈接地系统5次谐波零序功率方向的ZD-5、ZD-6型保护。有些运行部门还采用反映零序电流增大的零序电流保护来选线。近几年来，随着微机在电力系统中的推广，相继又出现了一些微机型接地选线装置和适合微机实现的选线理论。其中有南自研究院研制的微机小电流接地系统单相接地选线装置，其主要原理是比较线路零序电流5次谐波的大小和方向；华北电力大学利用零序电流的5次谐波比相原理研制的ML98型小电流接地系统单相接地微机选线装置。